Transferencia de Calor

1. Transferencia de Calor
por Convección y Ley
de Newton
Grupo 2
Integrantes:
• Gabriela Medrano
• Gabriela Taipe
• Sara Timbila

2. Transferencia de Calor por Convección
La convección es una de las tres
formas de transferencia de calor. Se
caracteriza porque se produce por
medio de un fluido (líquido o gas)
que transporta el calor entre zonas
con diferentes temperaturas. La
convección se produce únicamente
por medio de materiales, la
evaporación del agua o fluidos.
Por ejemplo, al calentar agua en una
cacerola: el agua en contacto con la
base de la cacerola asciende,
mientras que el agua de la
superficie, desciende, ocupando el
lugar que dejó la caliente.

3. La transferencia de calor implica el
transporte de calor en un volumen
y la mezcla de elementos
macroscópicos de porciones
calientes y frías de un gas o
un líquido. Incluye también el
intercambio de energía entre una
superficie sólida y un fluido o por
medio de una bomba, un
ventilador u otro dispositivo
mecánico (convección mecánica,
forzada o asistida).

4. Forzada
A través de un ventilador
(aire) o bomba (agua) se
mueve el fluido a través de
una zona caliente y éste
transporta el calor hacía la
zona fría.
Natural
El propio fluido extrae calor
de la zona caliente y cambia
su densidad haciendo que se
desplace hacía la zona más
fría donde cede su calor.

5. Ejemplo Práctico :
Si enciendo un radiador y espero a que alcance una temperatura bastante
alta, no tengo más que poner una mano encima (a una distancia prudencial)
para ver que existe un flujo de aire por convección natural. El aire alrededor
del radiador se calienta disminuyendo su densidad, por lo tanto, al pesar
menos que el aire ambiente, fluye hacía arriba dando paso a un “aire de
renovación” alrededor del radiador, reiniciando el proceso de forma cíclica.

6. Ley de enfriamiento de
Newton
Autor de “Tabula calorum”, en la que
enuncia su ley “La cantidad de calor
transmitida por un cuerpo caliente al
ambiente en el que se encuentra es
proporcional al exceso de su temperatura
respecto a la del ambiente, a la superficie
de intercambio, al tiempo, y a un
coeficiente de emisión”.
Isaac Newton (1643-1727)

7. Esta ley se aplica al enfriamiento
o al calentamiento por
convección de un cuerpo en
contacto con un fluido.
Se centra en una de las
temperatura de referencia bien
definida del fluido y una
temperatura también bien definida
del cuerpo al calentar o enfriar, en
vez de prestar atención al
comportamiento detallado del
sistema.
Esta ley es un análogo discreto de la
ley de Fourier para la conducción
térmica, la misma que afirma que
la velocidad de conducción de calor
a través de un cuerpo por unidad de
sección transversal es proporcional
al gradiente de temperatura que
existe en el cuerpo (con el signo
contrario).

8. La ley de enfriamiento de Newton establece, que la rapidez de cambio de
temperatura de un cuerpo en cualquier tiempo t es proporcional a la
diferencial de las temperaturas del cuerpo y del medio circundante en el
tiempo t. Si consideramos a T como la temperatura del cuerpo en el
tiempo t, Tm la temperatura del medio circundante y To la temperatura
inicial del cuerpo (t=0).Como las variaciones de la temperatura puede ser
que aumenta o disminuya. Por tanto de acuerdo a la ley de enfriamiento
de Newton se expresa mediante la ecuación diferencial:
𝑑𝑇/(𝑑𝑡 )=𝛼𝑆(T−𝑇𝑚)
𝛼=coeficiente de intercambio de calor
S= es el área del cuerpo.
T= temperatura del cuerpo
Tm= temperatura del medio ambiente

9. Si la temperatura T del cuerpo es mayor que la temperatura del medio
ambiente Ta, el cuerpo pierde una cantidad de calor dQ en el intervalo
de tiempo comprendido entre t y t+dt, disminuyendo su temperatura T
en dT.
m= rV es la masa del cuerpo (r es la densidad y V es el volumen)
c = calor específico.
La ecuación que nos da la variación de la temperatura T del cuerpo en
función del tiempo es:
𝜌𝑉𝑐
𝑑𝑇
𝑑𝑡
= −𝛼𝑆(𝑇 − 𝑇𝑎) ,o bien
𝑑𝑇
𝑑𝑡
= 𝑘(𝑇 − 𝑇𝑎)
dQ= -m*c dt

10. Un modelo de transferencia de calor q’’ por convección, llamado ley de
enfriamiento de Newton, describe flujo como:
q’’ = hc (TS – 𝑇∞)
Donde :
hc (𝛼) =coeficiente convectivo de transferencia de calor o coeficiente pelicular, se
expresa
𝑊
𝑚2 𝐾
.
TS= es la temperatura de la pared sólida que entrega calor
𝑇∞=temperatura del fluido adyacente
El coeficiente hc es una función de las condiciones de flujo, las propiedades de
transporte del fluido y la geometría de la pared.Se debe notar que puede haber
cambios drásticos de hc aún cundo las propiedades del fluido se mantengan
constantes.

11. El flujo de calor por convección:
• Es positivo (q’’ > 0) si el calor se transfiere
desde la superficie de área AS al fluido (TC >
T∞)
• Es negativo si el calor se transfiere desde el
fluido hacia la superficie (TC < T∞).

12. Cualquier estudio sobre convección se reduce al estudio de los
medios por los cuales puede determinarse h, el cual depende de
las características de la capa límite. En la tabla 6.2 se observan
valores del coeficiente h.